Ce掺杂ZnO的晶体结构、发光和光催化性能的不同机理

采用溶胶凝胶法合成了一系列Ce掺杂ZnO粉晶。采用XRD, UV-VIS, FT-IR, PL技术及以亚甲基蓝溶液脱色反应为模型,研究了Ce掺杂ZnO晶体结构、光学带隙、成键、光致发光及光催化性能产生的不同机理。结果表明:低含量Ce掺杂和高含量Ce掺杂对ZnO结构和性能产生的机理存在差异。低含量Ce掺杂时,ZnO晶格参数及Zn-O键长因原子半径大的Ce~(3+)替代原子半径小的Zn~(2+)而增加,光学带隙因Burstein-Moss效应而宽化,结晶性能因ZnO成核空间增加而提高,青蓝色发光峰因结晶性能提高而减弱。高含量Ce掺杂时,ZnO晶格参数及Zn-O键长因Ce~(3+)Ce~(4+)转化而减小,光学带隙因Ce~(3+)占据Zn~(2+)格位而减小,结晶性能因氧化铈包覆作用并降低结晶速率而提高,青蓝色发光峰随缺陷增加而增强。Ce掺杂ZnO光催化能力随光学带隙减小而提高。光催化性能最优Ce掺杂量为2%。FT-IR表明系列Ce掺杂ZnO均含有Zn-O和Ce-O-Zn等成键。